Vấn đề 2: Động lượng và năng lượng trong va chạm

Trong tai nạn xe hơi, tại sao khả năng bị thương trong va chạm trực diện lại lớn hơn va chạm từ phía sau? Gợi ý: Sử dụng kiến thức về vận tốc tương đối và lực trung bình để giải thích.

Trong các vụ tai nạn trực diện, đầu xe là phần bị hư hại nhiều nhất (bị biến dạng hoặc thậm chí vỡ thành các mảnh nhỏ) như Hình 19.1. Tại sao các kĩ sư lại không thiết kế đầu xe bằng các vật liệu cứng hơn để hạn chế thiệt hại khi va chạm.

Tính lực trung bình tác dụng lên ô tô khối lượng 1200 kg khi vận tốc của nó thay đổi từ 0 đến 12,0 m/s trong thời gian 10,0 s.

Hai quả cầu giống hệt nhau có khối lượng 2 kg chuyển động cùng chiều với vận tốc ; , sắp xảy ra va chạm. Các quả cầu dính vào nhau sau khi va chạm. Xác định tốc độ của các quả cầu và hướng dịch chuyển của chúng sau va chạm. 

Một ô tô khối lượng m = 1,2 tấn đang chuyển động với vận tốc 72 km/h thì hãm phanh và dừng lại sau 12 giây. Tìm lực hãm tác dụng lên ô tô.

Đồ thị trong Hình 4.5 mô tả sự phụ thuộc của độ lớn lực F tác dụng lên một chất điểm theo thời gian. Biết chất điểm có khối lượng 2 kg và ban đầu ở trạng thái nghỉ. Xác định tốc độ của chất điểm tại các thời điểm.

a) t = 3 s.

b) t = 5 s.

Vật A có khối lượng 400 g chuyển động với tốc độ 5,0 m/s đến va chạm với vật B có khối lượng 300 g đang chuyển động theo chiều ngược lại với tốc độ 7,5 m/s. Sau va chạm vật A bật ngược trở lại với tốc độ 4,0 m/s. Tính vận tốc của vật B.

Một vật khối lượng chuyển động với vận tốc đến va chạm trực diện đàn hồi vào vật đang đứng yên. Sau va chạm, vật tiếp tục chuyển động theo chiều ban đầu, vật chuyển động ngược chiều và cả hai vật sau va chạm đều có độ lớn vận tốc bằng . Tìm tỉ số .

Con lắc đạn đạo là thiết bị được sử dụng để đo tốc độ của viên đạn. Viên đạn được bắn vào một khối gỗ lớn treo lơ lửng bằng dây nhẹ, không dãn. Sau khi va chạm, viên đạn ghim vào trong gỗ. Sau đó, toàn bộ hệ khối gỗ và viên đạn chuyển động như một con lắc lên độ cao h (Hình 4.6). Xét viên đạn có khối lượng , khối gỗ có khối lượng và . Lấy . Bỏ qua lực cản của không khí. Tính

a) vận tốc của hệ sau khi viên đạn ghim vào khối gỗ.

b) tốc độ ban đầu của viên đạn.

Một ô tô con khối lượng 1,2 tấn đang chuyển động với tốc độ 25 m/s thì va chạm vào đuôi của một xe tải khối lượng 9 tấn đang chạy cùng chiều với tốc độ 20 m/s. Sau va chạm ô tô con vẫn chuyển động theo hướng cũ với tốc độ 18 m/s.
a) Xác định vận tốc của xe tải ngay sau va chạm.

b) Xác định phần năng lượng tiêu hao trong quá trình va chạm. Giải thích tại sao lại có sự tiêu hao năng lượng này.

Một khẩu pháo gắn chặt vào xe và xe có thể di chuyển dọc theo đường ray nằm ngang như Hình 4.7. Khẩu pháo bắn ra một viên đạn khối lượng 200 kg với tốc độ 125 m/s theo hướng hợp với phương ngang . Biết khối lượng khẩu pháo và Hình 4.7 xe là 5 tấn. Tính tốc độ giật lùi của khẩu pháo.

Hình 4.7

Một xe lăn khối lượng đang chuyển động với vận tốc , đến va chạm vào xe khác khối lượng đang chuyển động cùng chiều. Sau va chạm hai xe dính vào nhau và chuyển động với cùng một vận tốc là 0,3 m/s theo chiều của xe lúc đầu. Tìm vận tốc của xe lúc trước va chạm và độ giảm động năng của hệ.

Một viên đạn đang bay ngang thì bị nổ ra thành hai mảnh. Một mảnh khối lượng bay thẳng đứng xuống dưới với độ lớn vận tốc 300 m/s, mảnh còn lại khối lượng thì bay chếch lên trên một góc so với phương ngang với độ lớn vận tốc 150 m/s. Lập tỉ số khối lượng của hai mảnh và tính độ lớn vận tốc ban đầu của viên đạn.

Một viên đạn đang bay ngang với độ lớn vận tốc 15 m/s tại nơi cách mặt đất 12,5 m thì bị vỡ ra làm hai mảnh có khối lượng . Biết mảnh thứ nhất bay xuống theo phương thẳng đứng và khi vừa chạm đất nó có độ lớn vận tốc 27,5 m/s. Tìm độ lớn và hướng của vận tốc mảnh còn lại.

Một con lắc đơn có chiều dài dây là 1,5 m, khối lượng quả cầu là đang đứng yên tại vị trí cân bằng, một quả cầu nhỏ khối lượng đang bay ngang với vận tốc 50 m/s đến va chạm xuyên tâm đàn hồi vào .

a) Tìm vận tốc của và sau va chạm.

b) Sau va chạm, con lắc chuyển động có dây treo hợp phương thẳng đứng góc lớn nhất bằng bao nhiêu?